光的全反射 含解析

.第3節(jié)光的全反射1光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，若入射角增大到某一角度，_光線就會(huì)完全消失，只剩下_光線的現(xiàn)象叫全反射，這時(shí)的_叫做臨界角2要發(fā)生全發(fā)射，必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：(1)光從_介質(zhì)射入_介質(zhì)，(2)入射角_臨界角3光從介質(zhì)射入空氣(真空)時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是_4在實(shí)際應(yīng)用中的光纖是一根極細(xì)的玻璃絲，直徑約幾微米到100 m不等，由兩種_不同的玻璃制成，分內(nèi)外兩層，內(nèi)層玻璃的折射率比外層玻璃的折射率_當(dāng)光從一端進(jìn)入光纖時(shí)，將會(huì)在兩層玻璃的界面上發(fā)生_5在水底的潛水員看來(lái)，水面上方的所有景物只出現(xiàn)在頂角為97的倒立圓錐里，這是因?yàn)?)A水面上遠(yuǎn)處的景物反射的陽(yáng)光都因?yàn)槿瓷涠荒苓M(jìn)入水中B水面上遠(yuǎn)處的景物反射的陽(yáng)光折射進(jìn)入水中，其折射角不可能大于48.5C水面上方倒立圓錐之外的景物反射的陽(yáng)光都因?yàn)槿瓷涞脑虿豢赡苓M(jìn)入水中D水面上方倒立圓錐之外的景物反射的陽(yáng)光都因?yàn)檎凵涞脑虿豢赡苓M(jìn)入潛水員的眼中6全反射是自然界里常見(jiàn)的現(xiàn)象，下列與全反射相關(guān)的說(shuō)法正確的是()A光只有從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射B如果條件允許，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)也可能發(fā)生全反射C發(fā)生全反射時(shí)，折射光線完全消失，反射光的能量幾乎等于入射光的能量D只有在入射角等于臨界角時(shí)才能發(fā)生全反射7一束光線從折射率為1.5的玻璃內(nèi)射向空氣，在界面上的入射角為45，下圖所示的四個(gè)光路圖中，正確的是()概念規(guī)律練知識(shí)點(diǎn)一發(fā)生全反射的條件1關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是()A發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射C光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射D水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生了全反射2如圖1所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線，均由空氣射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置下列說(shuō)法正確的是()圖1A假若三條光線中有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線B假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO一定能發(fā)生全反射C假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO一定能發(fā)生全反射D假若光線aO恰能發(fā)生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大知識(shí)點(diǎn)二全反射的臨界角3光在某種介質(zhì)中傳播的速度為1.5108 m/s，光從此介質(zhì)射向空氣并發(fā)生全反射時(shí)的臨界角是()A15 B30 C45 D604已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則()A該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于B此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csin C(c是光在真空中的傳播速度)C此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sin C倍D此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍知識(shí)點(diǎn)三光導(dǎo)纖維5光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是()圖2A內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用6. 如圖3所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的直光導(dǎo)纖維，它的折射率為n，光從它的一個(gè)端面射入，又從另一端面射出所需的最長(zhǎng)時(shí)間為多少？(設(shè)光在真空中的速度為c)圖3方法技巧練應(yīng)用全反射規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的方法7有一折射率為n的長(zhǎng)方體玻璃磚ABCD，其周?chē)强諝?，如圖4所示，當(dāng)入射光線從它的AB面以入射角射入時(shí)圖4(1)要使光線在BC面發(fā)生全反射，證明入射角應(yīng)滿足的條件是sin .(BC面足夠長(zhǎng))；(2)如果對(duì)于任意入射角的光線都能產(chǎn)生全反射，則玻璃磚的折射率應(yīng)取何值？8如圖5所示是北京奧運(yùn)會(huì)期間安置在游泳池底部的照相機(jī)拍攝的一張照片，相機(jī)的鏡頭豎直向上照片中，水立方運(yùn)動(dòng)館的景象呈現(xiàn)在半徑r11 cm的圓形范圍內(nèi)，水面上的運(yùn)動(dòng)員手到腳的長(zhǎng)度l10 cm.若已知水的折射率為n，請(qǐng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際身高估算該游泳池的水深h.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖51已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按下面幾種方式傳播，可能發(fā)生全反射的是()A從水晶射入玻璃 B從水射入二硫化碳C從玻璃射入水中 D從水射入水晶2如圖6所示，ABCD是平面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面平行，它們分別是玻璃和空氣的界面，設(shè)為界面和界面，光線從界面射入玻璃磚，再?gòu)慕缑嫔涑?，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面時(shí)的入射角，則()圖6A只要入射角足夠大，光線在界面上可能發(fā)生全放射現(xiàn)象B只要入射角足夠大，光線在界面上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C不管入射角多大，光線在界面上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D不管入射角多大，光線在界面上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象3某一束單色光在水中的傳播速度是真空中的3/4，則()A水的折射率為3/4B水的折射率為4/3C從水中射向水面的光線，一定可以進(jìn)入空氣中D這束光在水中傳播時(shí)的頻率為真空中的3/44在完全透明的水下某處，放一點(diǎn)光源，在水面上可見(jiàn)到一個(gè)圓形透光平面，若透光圓面的半徑勻速增大，則光源正()A加速上升 B加速下沉C勻速上升 D勻速下沉5如圖7所示，一束白光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()圖7A紅光的偏折最大，紫光的偏折最小B紅光的偏折最小，紫光的偏折最大C玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光大D玻璃中紫光的傳播速度比紅光大6. 如圖8所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角ABC，A為直角此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射該棱鏡材料的折射率為()圖8A. B. C. D.7如圖8所示，在桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直，過(guò)軸線的截面為等邊三角形有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合已知玻璃的折射率為1.5，則光束在桌面上形成的光斑半徑為()圖8Ar B1.5rC2r D2.5r8如圖9所示，光線從空氣垂直射入棱鏡界面BC上，棱鏡圖9的折射率n ，這條光線離開(kāi)棱鏡時(shí)與界面的夾角為()A30 B45C60 D909空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖10所示方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n1.5的玻璃全反射棱鏡下圖給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖其中能產(chǎn)生如圖所示效果的是()圖1010.如圖11所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直P(pán)Q端面射出圖11(1)求該玻璃棒的折射率(2)若將入射光向N端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)_(填“能”“不能”或“無(wú)法確定能否”)發(fā)生全反射11一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖12為過(guò)軸線的截面圖，調(diào)整入射角，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射率為，求sin 的值圖1212.在厚度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面，有一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面為了從玻璃板的上方看不見(jiàn)圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊圓形紙片，所貼紙片的最小半徑為多大？13如圖13所示的圓柱形容器中盛滿折射率n2的某種透明液體，容器底部安裝一塊平面鏡，容器直徑L2H，在圓心正上方h高度處有一點(diǎn)光源S，要使S發(fā)出光從液體上方觀察照亮整個(gè)液體表面，h應(yīng)該滿足什么條件圖13第3節(jié)光的全反射答案課前預(yù)習(xí)練1折射反射入射角2光密光疏大于或等于3sin C4折射率大全反射5B水面上方的所有景物出現(xiàn)在頂角為97的倒立圓錐里，這是由于水的臨界角為48.5，光由空中射入水中時(shí)，最大折射角為48.5，不能發(fā)生全反射；當(dāng)光由水中射向空中時(shí)有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，故B正確，A、C、D錯(cuò)6AC7A因?yàn)閟in C，則sin C<sin 45，故C<45，所以光線在界面上發(fā)生了全反射，A正確課堂探究練1CD光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到某一角度后，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象叫全反射，故A、B錯(cuò)，C正確；光從水或玻璃射向氣泡時(shí)，在界面發(fā)生了全反射，即反射光增強(qiáng)，透射光減弱，就使氣泡看起來(lái)特別亮，D正確點(diǎn)評(píng)發(fā)生全反射的條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角2ACD三條入射光線沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在圓周界面，它們的入射角為零，均不會(huì)偏折在直徑界面，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能如果只有一條光線發(fā)生了全反射，那一定是aO光線，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?，所以選項(xiàng)A對(duì)假若光線bO能發(fā)生全反射，說(shuō)明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO的入射角更大，所以，光線aO一定能發(fā)生全反射，光線cO的入射角可能大于臨界角，也可能小于臨界角，因此，cO光線不一定能發(fā)生全反射所以選項(xiàng)C對(duì)，B錯(cuò)假若光線aO恰能發(fā)生全反射，光線bO和光線cO都不能發(fā)生全反射，但bO光線的入射角更接近于臨界角，所以，光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強(qiáng)，即光線bO的反射光線亮度較大，所以D對(duì)，本題答案選A、C、D.點(diǎn)評(píng)當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)未發(fā)生全反射時(shí)，隨著入射角的增大，折射光線越來(lái)越弱，反射光線越來(lái)越強(qiáng)，直到增大到臨界角之后，折射光線消失，反射光線達(dá)到最強(qiáng)3B因?yàn)閚2，而且sin C，所以C30，選B.4ABC該題考查臨界角、折射率以及光速之間的關(guān)系由臨界角的計(jì)算式sin C，得n，選項(xiàng)A正確；將n代入sin C，得sin C，故vcsin C，選項(xiàng)B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長(zhǎng)為0，在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為，由波長(zhǎng)、頻率、光速的關(guān)系得c0f，vf，故sin C，0sin C，選項(xiàng)C正確；該單色光由真空傳入介質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤點(diǎn)評(píng)臨界角、光在介質(zhì)中傳播速度v以及介質(zhì)的折射率n之間的關(guān)系為sin C、n.5A光導(dǎo)纖維很細(xì)，它的直徑只有幾微米到一百微米，它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射6.解析由題中的已知條件可知，要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入，然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)，就必須使光線的路徑最長(zhǎng)，即光線對(duì)光導(dǎo)纖維的入射角最小，光導(dǎo)纖維的臨界角為Carcsin .光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為dnL.光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v.所需最長(zhǎng)時(shí)間為tmax.點(diǎn)評(píng)光纖通信就是利用全反射原理，光在內(nèi)芯內(nèi)傳播時(shí)想要減少能量損失，在內(nèi)芯與外套的界面上就要發(fā)生全反射，則內(nèi)芯的折射率大于外套7(1)證明見(jiàn)解析(2)大于或等于 解析(1)要使光線在BC面發(fā)生全反射如圖所示，首先應(yīng)滿足sin 式中為光線射到BC面的入射角，由折射定律，有n，將兩式聯(lián)立得sin .(2)如果對(duì)于任意入射角的光線都能產(chǎn)生全反射，即090都能產(chǎn)生全反射，則只有當(dāng)1才能滿足上述條件，故n.82.1 m解析設(shè)照片圓形區(qū)域的實(shí)際半徑為R，運(yùn)動(dòng)員手到腳的實(shí)際長(zhǎng)度為L(zhǎng)，由全反射公式得sin 幾何關(guān)系sin ，得hr取L2.2 m，解得h2.1 m(1.62.6 m都算對(duì))方法總結(jié)應(yīng)用全反射規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的思路：(1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)(2)若光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，則根據(jù)sin C確定臨界角，看是否發(fā)生全反射(3)根據(jù)題設(shè)條件，畫(huà)出入射角等于臨界角的“臨界光路”(4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理、運(yùn)算及變換，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算課后鞏固練1C本題考查全反射的條件，光只有從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)才可能發(fā)生全反射，從水晶射入玻璃、從水射入二硫化碳，從水射入水晶都是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，都不可能發(fā)生全反射，故A、B、D錯(cuò)誤，從玻璃射入水中是從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，有可能發(fā)生全反射，故C正確2CD在界面光由空氣進(jìn)入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；在界面光由玻璃進(jìn)入空氣，是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，但是，由于界面和界面平行，光由界面進(jìn)入玻璃后再達(dá)到界面，在界面上的入射角等于在界面上的折射角，因此入射角總是小于臨界角，因此也不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)D也正確3B由于在水中的傳播速度vc，所以折射率為n.故A錯(cuò)，B正確從水中射向水面，如果發(fā)生了全反射，則光不會(huì)進(jìn)入空氣中，故C錯(cuò)光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變，故D錯(cuò)4D所形成的透光圓面是由于全反射造成的，如圖甲所示，圓面的邊緣處是光發(fā)生全反射的位置，即iC.若光源向上移動(dòng)，只能導(dǎo)致透光圓面越來(lái)越小，所以光源只能向下移動(dòng)如圖乙所示，取時(shí)間為t，則透光圓面擴(kuò)大的距離為svt.設(shè)這段時(shí)間內(nèi)，光源下移的距離為L(zhǎng)，由幾何關(guān)系可得Lvtcot C，由上面的表達(dá)式可知vcot C為定值，L與t成正比例關(guān)系，滿足勻速運(yùn)動(dòng)條件，所以，光源應(yīng)向下勻速運(yùn)動(dòng)5B由光的色散知識(shí)可知，紅光的偏折最小，紫光的偏折最大，玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光小，玻璃中紫光的傳播速度比紅光小6A根據(jù)折射率定義有，sin 1nsin 2，nsin 31，已知145，又2390，解得：n.7C由sin C，得C42，可知光線首先發(fā)生全反射，作出光路圖如圖所示，由圖中幾何關(guān)系，可得rtan 60(Rr)tan 30，故R2r.8B光路圖如圖所示，此棱鏡的臨界角為C，則sin C，所以C45，光線在AB面上發(fā)生全反射，又因?yàn)閚，所以sin ，所以45，故光線離開(kāi)棱鏡時(shí)與界面夾角為45.9B四個(gè)選項(xiàng)產(chǎn)生光路效果如下圖：由上圖可知B項(xiàng)正確10(1) (2)能解析(1)如圖所示，單色光照射到EF弧面上時(shí)恰好發(fā)生全反射，由全反射的條件可知C45由折射定律得n聯(lián)立式解得n(2)當(dāng)入射光向N端移動(dòng)時(shí)，光線在EF面上的入射角將增大，所以能產(chǎn)生全反射11.解析當(dāng)光線在水面發(fā)生全反射時(shí)，有sin C當(dāng)光線從左側(cè)射入時(shí)，由折射定律n聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)可得sin .12r解析根據(jù)題述，光路如圖所示，圖中S點(diǎn)為圓形發(fā)光面邊緣上一點(diǎn)，由該點(diǎn)發(fā)出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線SA確定，當(dāng)入射角大于臨界角C時(shí)，光線就不能射出玻璃板了圖中rdtan Cd，而sin C，則cos C，所以r.故所貼紙片的最小半徑Rrrr.13H>h(1)H解析設(shè)點(diǎn)光源S通過(guò)平面鏡所成像為S，如圖，反射光線能照亮全部液面，入射角C，C為全反射臨界角sin C1/n1/2C30tan (L/2)/(Hh)tan C解得h(1)H則H>h(1)H.